本發(fā)明涉及巖土工程相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域，具體的說，是涉及一種基于激光量測系統(tǒng)的變壓頭滲透試驗(yàn)裝置與方法。

背景技術(shù)：

為積極落實(shí)“十三五”時期發(fā)展規(guī)劃，破解發(fā)展難題，解決我國對地下空間開發(fā)與利用的迫切需求，巖土工程的概念越來越被人們所知，可以說已與人民的生活和社會的發(fā)展息息相關(guān)，因此在土工試驗(yàn)技術(shù)領(lǐng)域，對各項(xiàng)參數(shù)的測試要求也越來越高。滲透試驗(yàn)為了測定水通過土中孔隙難易程度的性質(zhì)，它是土工試驗(yàn)中基本項(xiàng)目之一。

地下水的補(bǔ)給與排泄條件，以及在土中的滲透速度都與土的滲透性有關(guān)，同時在計算建筑物的沉降速度，深基坑開挖的滲流量，土壩堤岸的滲漏和管涌，隧道以及其他地下工程突涌水的預(yù)警與治理等方面都需要土的滲透性指標(biāo)。

常水頭法試驗(yàn)一般用于粗粒土的試驗(yàn)，變水頭法一般適用于細(xì)粒土的試驗(yàn)。但是在實(shí)際試驗(yàn)過程中，對于一些滲透性低的粘性土，滲透水流到達(dá)正常滲流狀態(tài)需要的時間長，需要較長時間才能得到少量的滲透水量，因而測試過程非常緩慢，且得到的試驗(yàn)數(shù)據(jù)也不精確。同時，所采用的量測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、試驗(yàn)效率較低、試驗(yàn)精度不容易控制，存在容易損壞、搬運(yùn)困難等問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于激光量測系統(tǒng)的變壓頭滲透試驗(yàn)裝置。本發(fā)明通過設(shè)計全新的結(jié)構(gòu)，采用激光對粘性土進(jìn)行滲透性測量，可以對數(shù)據(jù)實(shí)時自動量測和記錄。

為了達(dá)成上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種基于激光量測系統(tǒng)的變壓頭滲透試驗(yàn)裝置，包括：

滲透容器，所述滲透容器底部與滲流管連通，滲流管上安裝有第一閥門和第二閥門；

位于第一閥門和第二閥門之間的滲流管與量測管密閉連通，量測管內(nèi)放置有量測反射浮；

所述量測管上部設(shè)置有與所述量測反射浮相適配的激光傳感器，激光傳感器將信號傳遞至激光量測處理器。

優(yōu)選的，所述激量測處理器將信號傳遞至終端服務(wù)器。工作過程中先由激光發(fā)射激光脈沖到量測管中的反射浮，經(jīng)過量測管中的浮子反射后部分反射光返回到信號控制轉(zhuǎn)換器，再傳遞至激光量測處理器，實(shí)現(xiàn)對反射回來的光進(jìn)行高精度拾取和處理。

優(yōu)選的，所述終端服務(wù)器控制第一閥門和第二閥門開閉。

優(yōu)選的，所述量測反射浮為圓錐形結(jié)構(gòu)，其錐型部朝下?？蓪?shí)現(xiàn)在量測管中自動調(diào)節(jié)水平。

優(yōu)選的，所述滲流管還與進(jìn)水管連通。

優(yōu)選的，所述量測反射浮頂部具有反射板。反射板上繪有特殊圖案，能對激光傳感器發(fā)射的激光脈沖有效反射，確保數(shù)據(jù)的及時性和準(zhǔn)確性。

優(yōu)選的，所述量測反射浮為聚酯泡沫材質(zhì)。

優(yōu)選的，所述量測反射浮的直徑小于量測管的內(nèi)徑。

優(yōu)選的，所述第一閥門和第二閥門均為電子智能閥門。

優(yōu)選的，所述量測管頂部具有變徑段，變徑段的直徑小于量測管的直徑，以免量測反射浮在工作中或者安置試驗(yàn)裝置時脫離量測管，量測管表面可根據(jù)試驗(yàn)要求設(shè)計成帶有刻度，便于量測系統(tǒng)的校核。

在提供上述結(jié)構(gòu)方案的同時，本發(fā)明還提供了一種利用上述裝置進(jìn)行試驗(yàn)的方法，主要包括如下步驟：

A、在滲透容器內(nèi)設(shè)置粘性土；

B、開啟第一閥門和第二閥門，令量測管內(nèi)開始充水；

C、注水量達(dá)到設(shè)計要求后關(guān)閉第二閥門；

D、激光傳感器發(fā)出信號經(jīng)量測反射浮反射后傳遞至激光量測處理器，激光量測處理器將信息處理后傳遞至服務(wù)器儲存。

本發(fā)明的有益效果是：

(1)量測系統(tǒng)設(shè)計新穎，更具智能化，可以對量測管中的液位狀態(tài)實(shí)時記錄和傳輸，大大簡化了傳統(tǒng)變壓頭滲透試驗(yàn)的量測操作，節(jié)約了試驗(yàn)人員的時間，試驗(yàn)人員也不必在試驗(yàn)過程中頻繁讀取數(shù)據(jù)和記錄，從而提高了試驗(yàn)的效率和簡化了試驗(yàn)人員的操作。

(2)采用激光量測具有精確性和時效性，使實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)更加準(zhǔn)確和具有電子信息化，傳統(tǒng)的量測方法人為性太強(qiáng)，數(shù)據(jù)的讀取和處理往往受不同試驗(yàn)人員的經(jīng)驗(yàn)、操作水平、讀取數(shù)據(jù)習(xí)慣、處理方式和操作步驟等因素的影響，測得的試驗(yàn)結(jié)果也就帶有人為因素的干擾，缺乏精確度，本發(fā)明設(shè)計恰恰避免了這一點(diǎn)，可以保證數(shù)據(jù)的精度，記錄和處理方式也可以實(shí)現(xiàn)智能化操作。

(3)激光傳感器的應(yīng)用可以滿足各種參數(shù)下的試驗(yàn)工作，激光傳感器與信號控制轉(zhuǎn)換器相輔相成，先由激光傳感器發(fā)射脈沖采集數(shù)據(jù)，然后信號控制轉(zhuǎn)換器對其進(jìn)行轉(zhuǎn)換和處理，得到有關(guān)數(shù)據(jù)；信號控制轉(zhuǎn)換器可以智能控制激光傳感器的工作，比如間歇式工作、設(shè)定時間內(nèi)工作、激光傳感器發(fā)射和采集信號頻率等，試驗(yàn)人員也可以自行設(shè)置一些參數(shù)。

(4)電子智能閥門的應(yīng)用使得變壓頭滲透實(shí)驗(yàn)可控性大大提高，可以通過智能終端服務(wù)器設(shè)置自動運(yùn)行參數(shù)，量測管加水以及試驗(yàn)開始運(yùn)行都可以得到很好的控制，優(yōu)化了試驗(yàn)操作。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明的控制原理示意圖；

圖3是本發(fā)明中量測反射浮的結(jié)構(gòu)示意圖；

其中1.激光傳感器；2.信號控制轉(zhuǎn)換器；3.激光量測處理器；4.量測反射?。?.外接軟管；6-1.第一電子智能閥門；6-2.第二電子智能閥門；7.滲透容器；8.粘性土；9.量測管；10.支座，11.滲流管。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。

實(shí)施例：如圖1-3所示，一種基于激光量測系統(tǒng)的變壓頭滲透試驗(yàn)裝置，主要包括激光傳感器1，信號控制轉(zhuǎn)換器2，激光量測處理器3，量測反射浮4，連接進(jìn)水口或者并聯(lián)的外接軟管5，設(shè)置了粘性土8的滲透容器7，與滲透容器7底部密閉連通滲流管11及與滲流管11密閉連接的豎直量測管9，在量測管9兩側(cè)的管路上分別安裝有第一電子智能閥門6-1和第二電子智能閥門6-2，其中，外接軟管5與滲流管11相連通。

信號控制轉(zhuǎn)換器2可實(shí)現(xiàn)在設(shè)置時間內(nèi)有規(guī)律地、多次地、智能讀取數(shù)據(jù)，并對收集的數(shù)據(jù)處理計算，進(jìn)一步把得到的有效數(shù)據(jù)發(fā)送至智能終端服務(wù)器，保證測量結(jié)果的誤差控制在允許范圍之內(nèi)。

激光傳感器1、信號控制轉(zhuǎn)換器2和激光量測處理器3的主要作用是高精確度的反映出水壓頭的變化，對量測管9的液位動態(tài)實(shí)時進(jìn)行觀測和記錄，實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的電子信息化處理和傳輸，從而使測得的試驗(yàn)滲透性指標(biāo)更加真實(shí)、更能實(shí)際反映水在試樣中通過土中孔隙的難易程度。

具體的，主要是應(yīng)用了高精度的激光傳感器1以及靈敏元件信號控制轉(zhuǎn)換器2，這能精確地、智能地通過測得量測管水位的變化來反映水壓頭在試驗(yàn)過程中細(xì)微的改變，并且把試驗(yàn)數(shù)據(jù)實(shí)時記錄下來和生成電子數(shù)據(jù)，然后再對其進(jìn)行保存和處理；其中量測管9中水位的變化主要是通過激光傳感器1來測得，變壓頭滲透試驗(yàn)中水壓頭的變化主要是通過信號控制轉(zhuǎn)換器2來反映，所有的試驗(yàn)數(shù)據(jù)都是通過激光量測處理器進(jìn)行記錄、處理和保存，且數(shù)據(jù)實(shí)時上傳到智能終端服務(wù)器。

試驗(yàn)裝置的具體實(shí)施方式為：通過外接軟管5連接進(jìn)水口，智能終端服務(wù)器根據(jù)試驗(yàn)要求和人為設(shè)定的參數(shù)智能開啟第一電子智能閥門6-1和第二電子智能閥門6-2使量測管9加水，水頭達(dá)到試驗(yàn)要求時激光量測處理器3反饋試驗(yàn)數(shù)據(jù)到服務(wù)器，然后智能終端服務(wù)器會下達(dá)指令使該閥門關(guān)閉，再根據(jù)試驗(yàn)技術(shù)人員的初始設(shè)定參數(shù)開啟第一電子智能閥門6-1，開始滲透試驗(yàn)。

變壓頭滲透試驗(yàn)過程中，激光量測系統(tǒng)會按照設(shè)定參數(shù)實(shí)時對量測管中的水位變化進(jìn)行采集、轉(zhuǎn)換和傳輸，先由激光傳感器1發(fā)射激光脈沖到量測管9中，經(jīng)量測管9中的量測反射浮4反射后部分反射光返回到激光傳感器1，激光傳感器1內(nèi)的敏感光學(xué)傳感器對反射回來的光進(jìn)行高精度拾取和處理，輸出數(shù)據(jù)到與激光傳感器相連的信號控制轉(zhuǎn)換器2，信號控制轉(zhuǎn)換器2會對收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換并傳遞到激光量測處理器3，激光量測處理器3實(shí)時記錄和保存有關(guān)數(shù)據(jù)，進(jìn)一步把得到的有效數(shù)據(jù)發(fā)送至智能終端服務(wù)器，保證測量結(jié)果的誤差控制在允許范圍之內(nèi)；這樣就能得到有效且高精確度的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，真實(shí)地測定水通過試樣中孔隙難易程度的性質(zhì)，得到所需要的滲透性指標(biāo)，符合土工試驗(yàn)技術(shù)領(lǐng)域?qū)Ω黜?xiàng)參數(shù)的更高測試要求，助力我國對地下空間開發(fā)與利用的迫切需求。

對所公開的實(shí)施例的上述說明，使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明。對實(shí)施例的多種修改對本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其它實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)，未予以詳細(xì)說明和局部放大呈現(xiàn)的部分，為現(xiàn)有技術(shù)，在此不進(jìn)行贅述。因此，本發(fā)明將不會被限制于本文所示的這些實(shí)施例，而是要符合與本文所公開的原理和特點(diǎn)相一致的最寬的范圍。